ফল্ট কারেন্ট লিমিটার | প্রযুক্তি এবং গ্রিড স্থিতিশীলতার প্রভাব

১ ফল্ট কারেন্ট লিমিটার (FCL) প্রযুক্তির পরিচিতি

প্রচলিত পাসিভ ফল্ট কারেন্ট লিমিটেশন পদ্ধতিগুলি—যেমন উচ্চ-ইম্পিডেন্স ট্রান্সফরমার, নির্দিষ্ট রিঅ্যাক্টর, বা স্প্লিট-বাসবার অপারেশন—গ্রিড স্ট্রাকচারের বিঘ্ন, স্থির-অবস্থার সিস্টেম ইম্পিডেন্সের বৃদ্ধি, এবং সিস্টেমের নিরাপত্তা ও স্থিতিশীলতার হ্রাস সহ আন্তরিক অসুবিধাগুলি দেখায়। এই পদ্ধতিগুলি আজকের জটিল এবং বড় স্কেলের পাওয়ার গ্রিডের জন্য ক্রমশ অনুপযোগী হয়ে পড়ছে।

আরও বিপরীতে, ফল্ট কারেন্ট লিমিটার (FCL) দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা একটি সক্রিয় ফল্ট কারেন্ট লিমিটেশন প্রযুক্তি, সাধারণ গ্রিড অপারেশনের সময় কম ইম্পিডেন্স প্রদর্শন করে। যখন ফল্ট ঘটে, FCL দ্রুত উচ্চ-ইম্পিডেন্স অবস্থায় পরিবর্তিত হয়, ফলস্বরূপ ফল্ট কারেন্টটি কম স্তরে সীমাবদ্ধ হয়, এভাবে ফল্ট কারেন্টের গতিশীল নিয়ন্ত্রণ সম্ভব হয়। FCL গুলি পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স, সুপারকন্ডাক্টিভিটি, এবং চৌম্বকীয় সার্কিট নিয়ন্ত্রণ সহ এমন উন্নত প্রযুক্তিগুলি সংযুক্ত করে সিরিজ রিঅ্যাক্টর-ভিত্তিক কারেন্ট লিমিটেশনের ঐতিহ্যবাহী ধারণা থেকে বিকশিত হয়েছে।

একটি FCL-এর মৌলিক নীতিকে চিত্র ১-এ দেখানো মডেলে সরলীকৃত করা যায়: সাধারণ সিস্টেম অপারেশনের সময়, সুইচ K বন্ধ থাকে, এবং FCL দ্বারা কোন কারেন্ট-লিমিটিং ইম্পিডেন্স প্রবর্তিত হয় না। শুধুমাত্র ফল্ট ঘটলেই K দ্রুত খোলা হয়, রিঅ্যাক্টর প্রবর্তন করে ফল্ট কারেন্ট সীমাবদ্ধ করে।

সাধারণত সব FCL এই মৌলিক মডেল বা তার বিস্তৃত ভেরিয়েন্টের উপর ভিত্তি করে তৈরি। বিভিন্ন FCL-এর মধ্যে প্রধান পার্থক্য হল কারেন্ট-লিমিটিং ইম্পিডেন্সের প্রকৃতি, সুইচ K-এর বাস্তবায়ন, এবং সম্পর্কিত নিয়ন্ত্রণ রणনীতি।

২ FCL বাস্তবায়ন পদ্ধতি এবং প্রয়োগের অবস্থা

২.১ সুপারকন্ডাক্টিভ ফল্ট কারেন্ট লিমিটার (SFCL)

SFCL-গুলিকে সুপারকন্ডাক্টিং থেকে নরমাল অবস্থায় (S/N ট্রানজিশন) সুপারকন্ডাক্টরের স্থানান্তর ব্যবহার করা হয় কিনা তার উপর ভিত্তি করে কোয়েন্চ-টাইপ বা নন-কোয়েন্চ-টাইপ হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা যায়। কাঠামোগতভাবে, তারা রেজিস্টিভ, ব্রিজ-টাইপ, চৌম্বকীয় সার্নিং, ট্রান্সফরমার-টাইপ, বা স্যাচুরেটেড-কোর টাইপে বিভক্ত। কোয়েন্চ-টাইপ SFCL-গুলি তাপ, চৌম্বকীয় ক্ষেত্র, বা কারেন্ট সমাপ্তিমাত্রা অতিক্রম হলে (ট্রিগার হয়), সুপারকন্ডাক্টর শূন্য রোধ থেকে উচ্চ রোধে স্থানান্তরিত হয়, ফলস্বরূপ ফল্ট কারেন্ট সীমাবদ্ধ হয়।

নন-কোয়েন্চ-টাইপ SFCL-গুলি সুপারকন্ডাক্টিং কয়েল এবং অন্যান্য উপাদান (যেমন, পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স বা চৌম্বকীয় উপাদান) এবং অপারেশনাল মোড নিয়ন্ত্রণ করে শর্ট-সার্কিট কারেন্ট সীমাবদ্ধ করে। SFCL-এর বাস্তব প্রয়োগ সাধারণ সুপারকন্ডাক্টিভ চ্যালেঞ্জ যেমন খরচ এবং শীতলকরণ দক্ষতার সম্মুখীন হয়। আরও, কোয়েন্চ-টাইপ SFCL-গুলির দীর্ঘ পুনরুদ্ধার সময়, সিস্টেম রিক্লোজিং-এর সঙ্গে সংঘর্ষ হতে পারে, অন্যদিকে নন-কোয়েন্চ-টাইপ SFCL-গুলির ইম্পিডেন্স পরিবর্তন রিলে প্রোটেকশন সমন্বয়ে প্রভাব ফেলতে পারে, যা পুনরায়-সেট করা প্রয়োজন।

২.২ চৌম্বকীয় উপাদান কারেন্ট লিমিটার

এগুলি ফ্লাক্স-ক্যানসেলেশন এবং চৌম্বকীয় স্যাচুরেশন সুইচ টাইপে বিভক্ত। ফ্লাক্স-ক্যানসেলেশন টাইপে, একই কোরে দুটি বিপরীত পোলারিটির দুটি ওয়াইন্ডিং করা হয়। সাধারণ অবস্থায়, সমান এবং বিপরীত ফ্লাক্স পরস্পর বাতিল করে, ফলে কম লীকেজ ইম্পিডেন্স হয়।

ফল্টের সময়, একটি ওয়াইন্ডিং বাইপাস করা হয়, ফ্লাক্স ব্যালেন্স বিঘ্নিত হয় এবং উচ্চ ইম্পিডেন্স প্রদর্শিত হয়। চৌম্বকীয় স্যাচুরেশন সুইচ টাইপ সাধারণ অবস্থায় কারেন্ট-লিমিটিং ওয়াইন্ডিং-এর স্যাচুরেশন (ডিসি বায়াস, ইত্যাদি দ্বারা) করে, ফলে কম ইম্পিডেন্স হয়। ফল্টের সময়, ফল্ট কারেন্ট কোরকে স্যাচুরেশন থেকে বের করে, ফলে কারেন্ট লিমিটিং জন্য উচ্চ ইম্পিডেন্স হয়। জটিল নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজনীয়তার কারণে, চৌম্বকীয় উপাদান লিমিটারগুলির প্রয়োগ সীমিত থাকে।

২.৩ PTC রেজিস্টর কারেন্ট লিমিটার

পজিটিভ টেম্পারেচার কো-এফিশিয়েন্ট (PTC) রেজিস্টর অ-রৈখিক; তারা সাধারণ অবস্থায় কম রোধ এবং কম তাপ প্রদর্শন করে। শর্ট সার্কিটের সময়, তাদের তাপমাত্রা দ্রুত বৃদ্ধি পায়, ফলে মিলিসেকেন্ডের মধ্যে ৮-১০ অর্ডার রোধ বৃদ্ধি পায়। PTC রেজিস্টর ভিত্তিক FCL-গুলি কম-ভোল্টেজ প্রয়োগে বাণিজ্যিক ব্যবহার পেয়েছে।

তবে, দুর্বলতাগুলি হল: ইনডাকটিভ কারেন্ট লিমিটিং সময়ে উচ্চ ওভারভোল্টেজ উৎপাদন (সমান্তরাল ওভারভোল্টেজ প্রোটেকশন প্রয়োজন); অপারেশনের সময় রেজিস্টরের প্রসারণের কারণে যান্ত্রিক চাপ; সীমিত ভোল্টেজ/কারেন্ট রেটিং (শত ভোল্ট, কয়েক আম্পিয়ার), ফলে সিরিজ-প্যারালাল সংযোগ এবং উচ্চ-ভোল্টেজ ব্যবহারে সীমাবদ্ধ; এবং দীর্ঘ পুনরুদ্ধার সময় (কয়েক মিনিট) এবং ছোট সেবা জীবন, ফলে বড় স্কেলের বিস্তার বাধা পায়।

২.৪ সলিড-স্টেট কারেন্ট লিমিটার (SSCL)

SSCL-গুলি পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স ভিত্তিক একটি নতুন ধরনের শর্ট-সার্কিট লিমিটার, সাধারণত প্রথাগত রিঅ্যাক্টর, পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইস, এবং নিয়ন্ত্রক দ্বারা গঠিত। তারা বিভিন্ন টপোলজি, দ্রুত প্রতিক্রিয়া, উচ্চ অপারেশনাল স্থায়িত্ব, এবং সহজ নিয়ন্ত্রণ প্রদান করে। পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইসের অবস্থা নিয়ন্ত্রণ করে, SSCL-এর সমতুল্য ইম্পিডেন্স পরিবর্তিত হয় ফল্ট কারেন্ট সীমাবদ্ধ করার জন্য। একটি নতুন FACTS ডিভাইস হিসাবে বিবেচিত, SSCL-গুলি ক্রমশ বেশি মনোযোগ পাচ্ছে। তবে, ফল্টের সময়, পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি সম্পূর্ণ ফল্ট কারেন্ট বহন করতে হয়, যা উচ্চ ডিভাইস পারফরম্যান্স এবং ক্ষমতা প্রয়োজন। বিভিন্ন SSCL-এর বা অন্যান্য FACTS নিয়ন্ত্রণ সিস্টেমের মধ্যে সমন্বয় একটি গুরুত্বপূর্ণ চ্যালেঞ্জ রয়েছে।

২.৫ অর্থনৈতিক কারেন্ট লিমিটার

এগুলি পরিপক্ক প্রযুক্তি, উচ্চ নিরাপত্তা, কম খরচ, এবং বাইরের নিয়ন্ত্রণ ছাড়াই স্বয়ংক্রিয় সুইচিং প্রদান করে। এগুলি মূলত আর্ক-কারেন্ট ট্রান্সফার এবং সিরিজ-রেজোন্যান্ট টাইপে বিভক্ত। আর্ক-কারেন্ট ট্রান্সফার টাইপ একটি ভ্যাকুয়াম সুইচ এবং একটি কারেন্ট-লিমিটিং রেজিস্টরের সমান্তরাল গঠিত। সাধারণ অপারেশনে, লোড কারেন্ট সুইচ দিয়ে প্রবাহিত হয়। শর্ট সার্কিটের সময়, সুইচ খোলা হয়, ফলে কারেন্ট রেজিস্টরে ট্রান্সফার হয় কারেন্ট লিমিটিং করার জন্য।

সমস্যাগুলি হল: ভ্যাকুয়াম আর্ক ভোল্টেজ এবং স্ট্রে ইনডাকটেন্সের প্রভাবে ট্রান্সফার কারেন্ট; সুইচ গতির উপর নির্ভরশীল ট্রান্সফার সময়; এবং কম আর্ক ভোল্টেজে কারেন্ট ট্রান্সফারের কষ্ট, যা আর্ক ভোল্টেজ বৃদ্ধি এবং কারেন্ট জিরো-ক্রসিং বাধ্য করার জন্য সহায়ক ডিভাইসের প্রয়োজন। সিরিজ-রেজোন্যান্ট FCL-গুলি স্যাচুরেটেড রিঅ্যাক্টর বা সার্জ আরেস্টার ব্যবহার করে সুইচ হিসাবে কাজ করে। সাধারণ অবস্থায়, ক্যাপাসিটর এবং ইনডাক্টর সিরিজ রেজোন্যান্সে থাকে কম ইম্পিডেন্স সঙ্গে। ফল্টের সময়, উচ্চ কারেন্ট রিঅ্যাক্টরকে স্যাচুরেট করে বা আরেস্টারকে সক্রিয় করে, ফলে রেজোন্যান্স ডিটিউন হয় এবং রিঅ্যাক্টর লাইনে ইনসার্ট করা হয় কারেন্ট লিমিটিং করার জন্য। ইলেকট্রোম্যাগনেটিক প্রতিক্রিয়া দ্বারা দ্রুত সুইচ ক্যাপাসিটরকে বাইপাস করতে পারে।

২.৬ FCL প্রকৌশল প্রয়োগের বর্তমান অবস্থা

প্রায়োগিক মূল্য থাকার জন্য, FCL-গুলি ফল্টের সময় দ্রুত ইম্পিডেন্স ইনসার্ট করতে হবে, এছাড়াও স্বয়ংক্রিয় রিসেট, বহুবার পরপর অপারেশন, কম হারমোনিক উৎপাদন, এবং গ্রহণযোগ্য বিনিয়োগ এবং পরিচালনা খরচ প্রয়োজন। বর্তমানে, প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ এবং খরচ-প্রভাবকে সীমিত করে, বিশ্বব্যাপী বিভিন্ন পরীক্ষামূলক প্রোটোটাইপ উন্নয়ন সত্ত্বেও, বাস্তব গ্রিড প্রয়োগ সীমিত থাকে, মূলত কম-ভোল্টেজ, ছোট-ক্ষমতার পায়লট প্রকল্পে সীমিত থাকে।

বিদেশে এই ক্ষেত্রে আরও আগে শুরু হয়েছিল, সলিড-স্টেট এবং সুপারকন্ডাক্টিভ FCL-এর বাণিজ্যিকীকরণে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি হয়েছে। ১৯৯৩ সালে, যুক্তরাষ্ট্রের নিউ জার্সি স্টেটের আর্মি পাওয়ার সেন্টারে ৪.৬ kV ফিডারে ৬.৬ MW সলিড-স্টেট ব্রেকার ইনস্টল করা হয়, যা ৩০০ μs এর মধ্যে ফল্ট ক্লিয়ার করতে সক্ষম। ১৯৯৫ সালে, EPRI এবং Westinghouse-এর ১৩.৮ kV/৬৭৫ A সলিড-স্টেট FCL PSE&G সাবস্টেশনে কমিশন করা হয়। সুপারকন্ডাক্টিভ FCL-এর ক্ষেত্রে, ১৯৯৮ সালে ACEC-Transport এবং GEC-Alsthom দ্বারা একটি হাইব্রিড AC/DC FCL উন্নয়ন করা হয়, যা বাণিজ্যিকীকরণ পায়। ১৯৯৯ সালে, General Atomics এবং অন্যান্য দ্বারা যৌথভাবে উন্নয়নকৃত ১৫ kV/